活性炭在饮用水深度处理中的应用研究

以黄浦江饮用水为原水,对深度处理饮用水的活性炭进行吸附效果研究,通过动态吸附实验、Freundlich吸附等温线的测定,对5种活性炭的吸附性能进行比较,创新性地对活性炭进行了内在结构性能研究,得到了适合于黄浦江饮用水深度处理的活性炭。采用液氮静态吸附法测定其吸附等温线,根据B.E.T方程计算出比表面积,根据Barratt等人提出的BJH法计算出孔径分布,从理论上分析了活性炭结构性能的优劣。对于促进现代净水技术的发展具有一定的理论价值和现实意义。     

季铵盐离子液体改性活性炭及其热安全性研究*

为进一步提高活性炭对VOCs的吸附性能和热安全性,采用铵盐类离子液体改性原始活性炭,优化其理化性质。结果表明:改性活性炭表面生成新的无机盐化合物,C=O、-OH、C-O、-COOH和C-S基团增加;孔隙结构增多且分布均匀,比表面积及微孔体积增大;改性后活性炭对甲苯的吸附量提高3.14倍,吸附效率明显提升;在固定碳的燃烧阶段,改性活性炭活化能为54.44 kJ·mol-1,是改性前活性炭的1.38倍,活化能增大,物质稳定性增强;当粒径为120~150目及200目以上时,改性前后活性炭的自燃温度分别从328.4 ℃、319.3 ℃增长至355.1 ℃、345.7 ℃。因此,负载季铵盐离子液体可有效提高活性炭吸附性能和热安全性,研究结果可为优化VOCs处理工艺提供参考。     

低温吸附剂的低温低压吸附等温线分布研究

测试了分子筛和活性炭在液氮温区低压下对空气、CO_2、N_2、Ar、H_2、He的吸附等温线。分析10~(-4)Pa至10~(-1)Pa范围的吸附等温线特性。试验表明:不同种类吸附剂在液氮温区对相同吸附质的吸附等温线趋势大致相同;吸附剂对气体的低温吸附与吸附质沸点有关,吸附量排列为CO_2N_2H_2 He;平衡吸附压力5×10~(-2)Pa时分子筛对CO_2、N_2的吸附大于活性炭,压力小于10~(-3)Pa时活性炭对CO_2、N_2的吸附大大高于分子筛。     

树脂对溶解性微生物产物-多糖的吸附行为研究

以多糖代表物-葡聚糖(DEX)为处理对象,通过高分子吸附剂和活性炭的静态吸附实验,筛选出吸附性能优良的氧修饰超高交联吸附树脂NDA-150进行吸附行为研究。静态吸附试验结果表明,NDA-150树脂对DEX的吸附动力学曲线符合准二级动力学方程,吸附量达到9.33 mg/g;吸附等温线符合Freundlich吸附方程,吸附为优惠吸附过程,吸附为吸热反应,升高温度有利于吸附;DEX分子上的羟基和NDA-150所带的含氧基团之间主要存在氢键作用,较低的pH有利于NDA-150树脂对DEX的吸附,无机盐浓度对吸附的影响不大。动态吸附-脱附试验结果表明,DEX初始质量浓度为30 mg/L时,动态吸附量可达9.39 mg/g;采用10%NaOH进行脱附,流速为1 BV/h,温度323 K,脱附率可达93%。NDA-150树脂对葡聚糖类多糖吸附-再生性能优异,可以有效去除尾水中的多糖类物质,提高出水水质。     

纳米TiO2治理室内甲醛的实验研究

利用纳米材料TiO2对室内甲醛进行了治理研究。测定了TiO2在不同吸附剂量、吸附时间时的吸附效率、穿透时间和吸附容量。将TiO2、活性炭对甲醛的吸附效果进行了对比，结果表明，纳米材料TiO2对甲醛的吸附率比相同质量的活性炭高10％-15％；当吸附时间为13h时，TiO2对甲醛的吸附量比活性炭高28％；穿透时间比活性炭长2h。利用SEM图谱进行了机理分析。     

活性炭表面改性和苯吸附性能的研究

为了提高活性炭的吸附性能,用N2和NH3对四种不同活性炭进行表面改性。对改性前后的活性炭分别进行了苯吸附实验、碘值和亚甲基兰值表征以及贝姆滴定实验后,结果发现:表面还原改性在一定程度上促进了活性炭的孔结构发育,可以提高活性炭的吸附性能,增加了活性炭表面的碱性官能团的含量;四种活性炭中的羧基含量都比较高,改性后羧基含量大幅下降;表面改性对煤质活性炭的苯吸附值变化不大,但对木质活性炭的防护性能提高明显,NH3改性比N2改性更能提高活性炭对苯的吸附性能。     

活性炭吸附苯过程工艺参数实验和数值模拟研究

吸附法可适用于各种浓度范围VOCs的治理。本文采用实验和数值的方法研究了活性炭吸附苯过程工艺参数。首先采用实验方法得到了一种工况下的穿透时间,然后基于多孔介质模型和组分输运模型建立U型管内活性炭吸附苯过程三维数学模型。数值计算得到的穿透时间和实验结果对比误差为1.41%,证明数学模型可靠。另外,本文对模型进行了网格无关性验证。最后,采用该数学模型研究了入口速度、入口苯质量分数和多孔介质孔隙率对穿透时间、吸附过程最高温度和U型管内温度分布等参数的影响规律。     

预测有机废气在活性半焦上吸附量的实验研究

以甲苯和苯组成的双组分气体作为吸附质,活性半焦作为吸附剂在20℃下进行吸附实验,测定该混合气体在活性半焦上的平衡吸附量;再利用纯组分甲苯和苯在活性半焦上的Langmuir吸附等温线,运用Extend-Langmuir(E-L)方程预测双组分气体在活性半焦上的平衡吸附量,并与实验值进行对比.实验结果表明,E-L方程对于预测甲苯-苯双组分气体在活性半焦上的总平衡吸附量要比各组分吸附量准确,平均相对误差仅为1.40％,最大相对误差为3.32％.     

球形磁性活性炭制备及对土壤重金属Pb的吸附研究

以废旧汽车轮胎橡胶与城市污水处理厂污泥为原料,采用ZnCl2与H_2SO_4复配活化法,添加黏结剂和Fe_3O_4粉末,在真空管式气氛炉中炭化制备球形磁性活性炭,并测定其物理化学性能。研究球形磁性活性炭添加量、土壤pH值和含水率对球形磁性活性炭吸附重金属Pb的影响。采用火焰法-原子吸收分光光度计测定球形磁性活性炭对Pb的吸附量。结果表明:球形磁性活性炭的比表面积及亚甲基蓝吸附量相比商品活性炭要小,但其抗压强度高,不容易松散,便于回收,酸性官能团总量高,有助于提高球形磁性活性炭的吸附性能和对重金属的亲和力,因此球形磁性活性炭的综合理化性能优于干污泥活性炭和商品活性炭,适合用于土壤中重金属Pb的吸附;随添加量增加,球形磁性活性炭对土壤中Pb的吸附量也增加,当球形磁性活性炭添加质量分数为6%时,达到最优吸附效果;随土壤pH值增加,球形磁性活性炭对土壤中Pb的吸附量也增加,但当pH值超过5时,其吸附量开始下降;当吸附时间达到35 d后,其吸附量基本处于饱和状态;土壤含水率为20%时,吸附达到平衡。在最优工艺参数下,球形磁性活性炭对土壤中Pb的吸附量达到最大,为3.55 mg/g。球形磁性活性炭对土壤中重金属Pb的吸附过程可以用准二级动力学方程较好地解释,而且球形磁性活性炭经过1次再生后用于吸附土壤中Pb时,其吸附量达到2.56 mg/g,再生效率达72.11%,吸附效果良好。     

颗粒活性炭吸附染料过程的分形特征研究

运用Langmuir分形吸附等温线方程模拟了颗粒活性炭对染料的吸附,得到了较好的效果,并且以染料分子作为码尺计算出颗粒活性炭的表面分形维数Ds为2.590 2.染料在颗粒活性炭上的吸附动力学具有类分形特征,吸附反应的逐时速率系数k与反应时间t呈指数关系.但通过本文计算出的指数h值无法计算出分形子谱维数ds.     

压力水影响煤层瓦斯解吸的试验研究及机理分析

为进一步认清压力水影响煤层瓦斯解吸的作用机理,采用实验室试验和理论分析相结合的方法,研究压力水对山西阳泉新景煤矿3号煤层瓦斯解吸特性的影响。在实验室,按照压力水与瓦斯进入煤体的先后顺序,设计出煤样吸附瓦斯前注水和吸附瓦斯后注水2种试验。吸附前注水试验结果表明,注水煤样的瓦斯解吸等温线与吸附等温线之间分叉明显,吸附量最大相差约4 m3/t;而吸附后注水试验结果表明,注水煤样的解吸等温线明显处于干燥煤样解吸等温线上方,吸附量相差最大约5 m3/t,该结果直观表明压力水对瓦斯解吸有抑制效应。经理论分析提出抑制解吸效应的机理,认为煤体孔隙发育是先天条件,压力水的浸入是后天条件,而毛管力和贾敏效应是抑制解吸效应的根本原因。     

常压下煤对N2/CO2/CH4单组分气体吸附特性研究

为了研究常压不同条件下煤样对N2/CO2/CH4单组分气体的吸附特性,以Langumir单分子层吸附模型为依据,对其吸附阶段进行划分,选择长焰煤、气肥煤和无烟煤分别进行了单组分气体吸附试验,探讨不同试验条件对煤吸附量的影响。结果表明:在常压阶段,煤对单组分气体的吸附规律服从Langumir单分子层吸附模型的第一阶段,吸附量与压力正相关;煤的变质程度、吸附温度及压力和吸附气体的种类是影响吸附量的主要因素,并在不同情况下对煤吸附量的影响程度不同;高低变质煤样对吸附量的影响大,而中等变质程度的影响小;温度是低压阶段影响吸附量的主要因素;吸附气体种类对吸附量的影响是由于其自身物化性质差异,相同试验条件下煤对3种单组分气体的吸附量从大到小为CO2、CH4、N2。     

碳纳米管处理氨氮废水的研究

采用静态法研究了碳纳米管(CNTs)对废水中氨氮的吸附性能,考察了CNTs投加量、pH值和吸附时间等因素对吸附行为的影响,与此同时还进行了氨氮吸附等温线和吸附动力学实验,并利用XRD进行了表征。结果表明,在pH值为7~9,CNTs用量为7 mg,吸附时间为50 min时,CNTs对50 mg/L的氨氮模拟废水吸附效果达到最好。且吸附数值遵循Freundlich等温吸附模型,吸附过程符合Bangham吸附速率方程。     

改性活性炭纤维吸附炸药废水中TNT实验研究

本文研究了改性活性炭纤维对炸药废水中TNT的吸附行为。研究表明:1 mol/L HNO3改性的活性炭纤维吸附效果最好,其对炸药废水中TNT的最佳吸附条件为:吸附剂用量为0.6 g/25 m L,吸附平衡时间为60 min,升温有利于吸附进行。Langmuir和Freundlich吸附等温线均能较好地描述活性炭纤维对TNT的吸附,吸附动力学分析表明,吸附过程遵循准二级动力学规律。     

热改性活性炭吸附甲萘威的性能

在N2保护下采用不同高温对活性炭进行热改性,得到了4种改性活性炭(AC-1至AC-4)。采用气体吸附仪、Boehm滴定、傅里叶变换红外光谱仪(FTIR)对活性炭表面的物化性质进行了表征。通过等温吸附试验考察了改性前后活性炭对甲萘威的吸附性能,确定了最佳改性温度为600℃,探讨了活性炭的吸附能力与其表面物化性质之间的关系。结果表明:热改性使活性炭表面的物化性质发生了改变,活性炭对甲萘威的吸附量与其比表面积、孔容、表面酸性官能团和O元素含量具有显著相关性;活性炭对甲萘威的吸附行为符合准二级吸附动力学方程和Langmuir等温吸附方程,颗粒内扩散模型表明内扩散不是控制活性炭吸附速率的唯一阶段。     

官厅水库底泥对染料的吸附特征研究

采用静态吸附法研究了北京官厅水库底泥对亚甲基蓝、孔雀石绿和刚果红3种染料化合物的吸附行为,探讨了pH值、离子强度、温度等因素对吸附的影响,测定了染料的吸附等温线.结果表明,3种染料的吸附等温线都很好地符合Freundlich方程,底泥对孔雀石绿的吸附量最大.吸附染料过程是在分形表面上发生的反应.不同染料吸附时计算出的分形维数不同,底泥的表面分形维数均处于2～3之间.pH值是影响吸附的主要因素,刚果红和亚甲基蓝受离子强度影响较大.吸附动力学研究表明,吸附分为快速吸附和慢速吸附两个阶段.     

饱和活性炭原位氧化再生及其在染料生化废水深度处理中的应用

以浙江省某染料厂吸附染料生化废水饱和的活性炭为研究对象,采用Fenton试剂对其进行原位氧化再生,将再生后的活性炭用于同种废水的吸附。考察了再生时间、双氧水投加量、pH值、H2O2与Fe2+物质的量比、Fenton试剂投加方式等因素对再生吸附效果的影响,得到了活性炭再生的最佳条件。结果表明,Fenton原位氧化方法对活性炭再生具有较好的效果,当pH值为1、双氧水投加量为1 mL/g、H2O2与Fe2+物质的量为20∶1、再生时间为180 min时,再生炭重新吸附废水,COD和TOC再生率分别达到49.93%、36.80%。经再生活性炭吸附处理,出水可以达到部分工业回用水要求。为期半年的半工业试验表明,活性炭吸附效果与小试结果基本吻合。     

黑碳对土壤中农药呋喃丹吸附与解吸行为的影响

为了考察黑碳对土壤中呋喃丹吸附与解吸行为的影响,选取小麦秸秆,分别在250℃、450℃和850℃下制备黑碳,测定了黑碳的比表面积和孔体积;采用批处理振荡法测定了呋喃丹在人工添加黑碳土壤中的吸附-解吸行为.结果表明,随制备温度升高,黑碳的比表面积、孔体积和微孔率增大;人工添加黑碳的土壤对呋喃丹的吸附容量和吸附强度随黑碳添加量增加而逐步增加,吸附和解吸等温线的非线性也逐步明显.添加高温制备黑碳的土壤比添加低温制备黑碳的土壤吸附容量、吸附和解吸的非线性均增加.吸附农药的解吸迟滞作用与土壤中黑碳的质量分数密切相关,添加高温制备黑碳的土壤解吸迟滞现象明显.因此,土壤中添加黑碳在一定程度上保证了土壤使用的安全性.     

煤层封存CO_2性能的晶格理论模型及应用

为了更好地在煤层中封存CO_2,开展CO_2在煤体上跨越临界点的大范围吸附规律(随压力非单调递增)研究尤为重要。基于晶格热力学方程,建立了微孔吸附超临界流体的晶格模型,并对不同温度下不同变质程度煤样的CO_2的吸附等温线进行了预测,研究结果表明:CO_2在煤上的吸附等温线随压力增加先增大后减小,不再满足I型等温线;CO_2分子之间作用势εa虽然远小于CO_2分子与孔壁之间的作用势εs,但忽略εa将导致理论吸附量与实测吸附量误差变大;作用势εs与温度正相关,而εa与温度负相关。晶格理论模型(εa≠0)拟合CO_2在煤上吸附出现极值的等温线效果良好,相关系数均在0.99以上,其对不同温度下不同变质程度煤的CO_2的吸附等温线进行预测结果与实测结果基本一致,其相对误差不超过5%。     

活性炭纤维阴极产生H_2O_2的影响因素研究

考察了电流密度、pH值、曝气量、电解质Na_2SO_4浓度等工艺条件对活性炭纤维(ACF)阴极产生H_2O_2的影响规律。通过测定N_2吸附-脱附等温线和扫描电子显微镜(SEM)等手段观察了ACF的微观结构,从微观结构角度探讨了ACF阴极产生的优势与机理。结果表明,ACF孔隙结构丰富,比表面积大,有利于氧气分子在电极表面及孔道内的吸附-还原过程。当电流密度为5 m A/cm~2,pH=3,曝气量400 m L/min,电解质Na_2SO_4浓度为0.05 mol/L时,电解180 min还原产生H_2O_2的质量浓度高达27.86 mg/L。